穿戴式电脑再起 MEMS面临微缩考验
- DIGITIMES企画
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穿戴式科技近来成为极为热门的议题，不只是Google将开始贩售「Google Glass」智能眼镜外，原本就相关讨论就甚嚣尘上的Apple 「iWatch」智能手表的小道消息，又让业界开始关注穿戴式电脑的最新进展，而穿戴式电脑产品除了将带起MEMS元件新的全新革命外，也会创造IT产也另一波新科技推进...
虽然穿戴式电脑、穿戴式科技(Wearable Technology)早就不是新议题，但实际上近来穿戴式的移动应用，在新的显示科技、传感技术、嵌入式系统与移动运算周边技术渐进备齐后，又被国际大厂Google、Apple等重视，尤其是Google推出新的Google Glass已有具体的产品，同时也在近期开始贩售，而Apple的「iWatch」，目前还不确定产品名称，也还不知道会不会推出市场，但相关的议题已持续发酵。
穿戴式科技需MEMS元件整合 发展更多加值应用
其实穿戴式科技与MEMS元件的使用状况，在近期已有持续增加的趋势，因为穿戴式科技的使用层面相当广，目前较热门的是整合穿戴式医疗电子建构个人健康管理应用系统，而其中MEMS的元件功效即为穿戴式系统前端传感人体状态的关键数据撷取器。另一个也是跟健康有关连的部份，即运动传感的MEMS元件应用，但这类MEMS属于较低端的MEMS零组件，但搭配移动电话、平板电脑蒐集处理使用者的运动状态，这类整合应用架构也渐渐形成一波潮流。一般来说，穿戴式电子产品主要可区分为消费型产品、娱乐型产品、医疗照护型产品、工业/军事型产品，在消费型产品中还可区分个人健康管理、个人娱乐用途与多功能型态的穿戴式移动运算平台。
而穿戴式技术除了关键的环境传感元件外，其实另一个重点在于通讯功能的整合，目前热门的移动应用通讯技术整合项目相当多，有强调低功耗的ZigBee、低功耗Bluetooth、NFC(Near field communication)与Wi-Fi等，在穿戴式的应用环境下，必须能将解决方案进一步微缩设计，透过新的封装技术整合以往必须采离散元件整合的设计方案，透过芯片的高度线路、功能单元整合，大幅降低穿戴式电脑产品的设计难度，尤其是线路、排线已被整合芯片利用内部连线取代后，不仅PCB的使用面积可以更小，却可以完成以往电脑系统的高复杂度线路设计需求。
现有MEMS元件无法满足穿戴设计需求 需进一步微缩元件尺寸
除了尺寸上的微缩方向外，在穿戴式电脑系统关键的运行功耗，也将成为相关解决方案必须解决的关键问题，目前主流MEMS元件，仍是以针对移动运算应用为主的对应零件，但穿戴式电脑可用的载板面积、机构空间会更加局限，因此不只解决方案的尺寸必须进一步微缩，连可用的电池置放空间也会受到考验，甚至影响到穿戴式电脑系统可用的离线电力资源。
而目前主流的MEMS元件，在小型化设计的应用需求，多数仍集中在针对移动设备、嵌入式系统应用的整合设计方案，由于穿戴式电脑、系统应用的发展目前仅能算是起步阶段，在市场用量极为有限的限制下，针对穿戴式电脑需求设计的MEMS元件可以说是几乎没有，这也带来相关业者抢入此市场的新机会。
穿戴式科技相关产品持续发烧
在2013年CES(Consumer Electronics Show)即展出多项热门穿戴式运算科技产品，由CES官方数据观察，在CES展出穿戴式科技产品(包含医疗与个人健康管理)，已较2012年展出项目多了25%，CES官方预估未来五年的穿戴式电脑产品的出货量，应可成长至一亿六千万套以上！IMS Research研究单位则提出2016年穿戴式电脑周边应用产品，预估可创造高达60亿的市场规模。
随着市场气氛与发展趋势，一致朝向开发更小、更轻、更无感的穿戴式电脑周边设计方案，相关MEMS解决方案也必须呼应此设计潮流，推出对应的产品设计，不仅需要在尺寸上持续微缩，在元件功耗、整合应用各方面，也必须满足终端产品的开发设计需求。
手表型穿戴电子科技 整合MEMS可发挥更多应用功能
例如，谣传Apple将推出的iWatch(尚未确定名称)产品，观察相关信息可以大致掌握若是iWatch产品成真，应会以Apple iOS瘦身版嵌入式操作系统，搭配各种可监看个人健康数据的MEMS传感器，在使用者配戴iWatch的同时进行身体状况的持续传感、监控，而要将MEMS传感元件置入手表设计方案，不只需考量到元件微缩的关键问题，也必须同时设计不会干扰用户触感与增加不适感的传感界面设计，对于MEMS解决方案与产品整合难度相当高。
除Apple的iWatch配戴型的智能手表外，由i’m Spa推出的i’m Watch可以说是类似的产品，虽然在已推出市面的i’m Watch产品仍未整合MEMS传感元件，但在用户熟悉了手表型的智能穿戴式科技，利用手势或是动作即能进行的人机互动设计，势必会再产生另一波智能手表的开发热潮。
Google Glass在极限空间中 架构完成嵌入式系统应用平台
而有别于手表型配戴式电脑设计，Google选择一个困难度相对更高的Google Glass眼镜型的穿戴式电脑！观察Google Glass设计架构，其核心的运算架构为采用双核心OMAP处理器，搭配Google自家的Android 4.x操作系统，同时整合了Wi-Fi、Bluetooth、GPS与3G移动通讯连接功能，但由于Google Glass毕竟可以装载的电池容量相当有限，对于成品的重量要求相当高，因此Google Glass的3G通讯功能仅限于数据传输，而无法使用功耗相对较大的通话功能。
有别于i’m Watch的配戴型产品设计，Google为了搭配其关键的AR增实境应用，在零件空间极为有限的条件下，仍为Google Glass追加了陀螺仪(Gyroscope)、加速度计(Accelerometer)等MEMS元件，用以让嵌入式系统得以追踪分析用户的脸部/头部摆动方向与角度，透过实时的MEMS位置参照在640x360分辨率的透明显示屏上架构使用者界面与AR、图像信息提示，同时Google Glass的眼镜镜框内还配备一红外线传感器，用以追踪用户的眼球反应。
MEMS传感能力 成为Google Glass加值应用体验关键
以Google Glass的使用情境观察，用户可以利用Wi-Fi网络让Google Glass撷取网络查找结果，搭配实时的语音指令、解译输入关键字，同时利用简单的语音信息回覆取得的信息，所以观察整个Google Glass应用架构，可以将Google Glass定义成类似移动设备、智能手机的应用平台，只是这个平台的显示屏改用透明的眼镜型显示屏罢了，至于一般移动设备需有的运算核心、电池子系统、MEMS感应器等器件，Google Glass只是用了更小的解决方案去满足应用需求。
在Google Glass使用情境较不同的是，Google Glass与Android手机虽都具备语音指令的解析与执行，但Google Glass反而是偏重语音为主，同时搭配Google Glass镜架上的触控感应区进行简单的UI操控手势指令动作，至于数据提取与检索，则以Google现有的云端应用资源为主，而第三方的应用程序目前还没有任何开发成果。
检视Google Glass的MEMS元件需求会发现，像是Google Glass这类高度整合的产品设计，不只是元件的尺寸已大幅压缩，可用的电路驱动电力资源，也会因为镜框的构型空间相对有限，而无法装载足够蓄电容量的电池子系统，必须在节能的设计上更进一步进行系统优化，在MEMS元件选择上，就必须迎合设计更小、功耗更低，甚至高度整合的应用条件，才能满足眼镜型式的穿戴电脑用途。
目前MEMS元件厂已相继投入穿戴式电子应用市场，例如STMicroelectronics、Analog Devices已着手开发针对穿戴式医疗应用产品所需的MEMS与相关元器件，如高度整合的加速度计、陀螺仪、地磁传感器等。Qualcomm则是直接针对穿戴式电脑应用中含金量更高的医疗领域，成立Qualcomm Life，以移动通讯技术核心能力，抢攻移动医疗应用市场。而搭配传感器、移动运算平台应用外，系统仍须整合微控制器（MCU）、类比前端（analog front end；AFE）等架构相关应用系统。
